Деңгей өлшейтін техникалық құралдар. Сұйық және сусымалы орталардың мөлшерлеу құралдары

Жабдықтың жұмыс істеу қауіпсіздігі шартында деңгейді белгілі бір жағдайда ұстап тұру және технологиялық процесстерді автоматтандыруда сұйықтың деңгейін өлшеу маңызды мәселе боп табылады.Деңгей өлшегіштер деңгейдің номинал шамадан ауытқуын бақылауда және (бұл кезде екі беттік шкала қолданылады.)сұйықтың сандық мөлшерін өлшеуде қолданылады (бір беттік шкала қолданылады.)Өлшеу шарттарына бақыланатын орта сипатына байланысты деңгей өлшеудің әр түрлі әдістері бар.

Егер көрсеткіштерді дистанционды беру қажеттілігі болмаса сұйықтың деңгейін визуалды санаушы бар деңгей өлшеуіштерімен өлшеуге болады. Дистанционды деңгей өлшеуде күрделі деңгей өлшеуіштер қолданылады:гидростатикалық(дифмонометрлі және барботамды), буйкалы және қалтқылы сыйымдылықты индуктивті ,радиоизотропты ,толқындық,акустикалық,термокондуктометрлік.

Қатты сусымалы материалдарды автоматты мөлшерлеу сусымалы материалдардың лездік мағынасын және массасын өлшеуге негізделген.Осыған байланысты мөлшерлегіштер үздіксіз жұмыс істейтін және порционды деп бөлінеді.Порционды мөлшерлегіштер салмақтық құрылғылар боп табылады,химиясы бар қалыптау әдісі бойынша олар рычакты,пружиналы,пневматикалық және тензаметрлік сезімтал элементтері бар,аралас боп бөлінеді. Өлшеудің жоғарғы дәлдігі талап етілген кезде салмақтық құрылғыларда қолданылатын пружиналы бір қалыптастыратын механизмдер жүзеге асады.Үздіксіз және автоматты порционды жүйелерде дистанционды беру көрсеткіші бар,электрлік немесе пневматикалық сигналдарды түрлендіретін күші бар құрылғылары мен қамтамасыз етіледі.Автоматты процесстерді мөлшерлегіштер рычакты салмақты базада орындалады,олар материалдық белгілі бір санын анықтауда керек.Сусымалы заттарды автоматты мөлшерлегіштер үздіксіз қозғалыста және олар қатты заттың лездік шығынын өлшеп тіркейді.Олар техникалық процесстердегі сусымалы заттардың ағындарының өзара қаттамасы мен белгілі бір ағымдарды тұрақтауда қолданылады.Олардың арасындағы ең көп таралған түрі автоэлекторлы металы салмақтық мөлшерлегіштер боп табылады.Мұнда материал үздіксіз түрде ленталы транспортта өлшеніп отырады,алынған нәтижелер оның мағынасын ашады.

13.3 суретіндегі үздіксіз қозғалыстағы ленталы автоматты мөлшерлегіштің принциптауды схемасы көрсетілген.Ленталы транспортир (1)2-4 салмақтық құрылғы рычак жүйелеріне ілінген .

Транспортир шамасындағы (5)редуктор мен элетрқозғалтқыш арқылы лента қозғалтқышқа келеді.(6)қоректендіргіш арқылы бункерден сусымалы материал қозғалып тұрған лентаға беріледі.Транспортирдағы материал салмағы (7)жүктеме арқылы қалыптандырылады.Материалдық салмағы өзгертілетін болса( 4 )рычакпен( 8) дифференциалды –трансфорталы типті датчигінің плунжері орын ауыстырады.Ол( 9 ) екіншілік аспапқа қосылған,аспаптық мағынасында салмақтау өзгерісіне пропорционал сигнал пайда болады.Бұл сигнал Gсалмақтық шығынның берілген мәні енгізілетін электрлік реттеуіш (10)-ға беріледі

Электровибрациялы қоректендіргішке реттеуші әсер етеді.Лентадағы материал салмағы азайтылса,реттеуіштегі ауытқу сигналы вибратордың тербеліс амплитудасын көбейтеді,осыдан тепе-теңдік жағдайға жеткенше материал беріле береді.Электровибратор 1 мм амплитудамен және 50 Гц жиілікте тербеледі.Вибратордың электромагнитіндегі катушкалардың тоқтарын өзгерту арқылы тербеліс амплитудаларының өзгеруін көруге болады.

Лентаның қозғалысының жылдамдығы тұрақты жағдайда G_t(кг/с) мөлшерлеуіш арқылы салмақтың шығын G_t=q_r V_r z_a тең.

Мұнда q_r-лентадағы ауыспалы материалдың ығыстыру массасы. Кг/м

V_r –лентаның қозғалу жылдамдығы. м/с

Әртүрлі автоматты ленталы мөлшерлегіштің өнімділігі сағатына бірнеше киллограмнан бірнеше тоннаға дейін болады,негізгі өлшеу қателігі 1-2% тен аспайды.

Деңгей датчиктер.

Ультрадыбысты деңгей датчиктері ДУУ2.,ДУУ4.

Датчиктер сұйық өнімдердің,қышқылдардың еріткіштердің және т.б агрессивті орталар мен температура,бақыланатын орталарды өлшеу және үздіксіз бақылау үшін қолданылады.

Олар сұйық өнімдерлі контактілі және автоматты түрде өлшей алады.Сонымен қатар бір нүктедегі бақыланатын ортаның температурасын өлшей алады.

Жұмыс істеу принципі.Өнімнің деңгейін өлшеу болат сым арқылы өтетін қысқа импульс уақытын өлшеумен жүзеге асады.Сымның ұзындығы бойынша катушка оралған,осы катушкада магнитті өрісті тудыра отырып,тоқ импульсі жүреді.

Датчиктер мынадан тұрады:

-сезімтал элемент (сэ)

-оған сезімтал элемент ілінген қалтқыдан.

-пьезоэлементті қосатын біріншілік түрлендіргіштен.

Датчиктер цангілі механизмдер көмегімен сезімтал элементтің ұзындығын қосымша реттейтін мүмкіндігі бар.

Қалтқылы деңгей өлшеуіштер. Атмосфералық қысыммен жұмыс істейтін ыдыстардағы сұйық деңгейін өлшейтін қарапайым аспаптарға қалтқылы деңгей өлшеуіштер жатады. Олардың әрекет принципі бақыланатын сұйық бетіндегі қалтқының ыдыстағы сұйық деңгейі өзгерген кезіндегі ығысуына негізделеді (6.1 сурет). Ыдыстағы сұйық бетінде (1) жүзіп жүретін қалтқы (2) ролик (4) арқылы қалтқы мен тросты теңгеретін жүкке (6) троспен (3) жалғанған. Жүкке бекітілген стрелка шкаладан (5) ыдыстағы сұйықтың деңгейін көрсетеді. Қалтқылы деңгей өлшеуіштер өлшеу дәлдігі аса қажет болмаған жағдайда пайдаланылады.

Гидростатикалық деңгей өлшеуіш. Бұл құрылғының жұмыс принципі сұйыққа жүктелген денеге әсер ететін сұйық бағанының қысымын өлшеуге негізделген. Тамақ неркәсібінде буйкалы және пъезометрлік гидростатикалық деңгей өлшеуіштер кеңінен қолданылады.

Буйкалы деңгей өлшеуіштің жұмыс принципі сұйыққа жүктелген буйкаға әсер ететін итергіш күшті өлшеуге ненгізделген. Бұл күш ретінде серіппенің немесе оратылған торсинді түтіктің тығыз күші қолданылады.

Пъезометрлік гидростатикалық деңгей өлшеуіштерсұйық толтырылған резервуарға орналастырылған түтікті көрсетеді, оның деңгейі өлшенеді. Бұл түтік арқылы ауа үрленеді, ол сұйық арқылы көпіршік түрінде өтеді. Түтіктегі ауа қысымы ρ сұйық деңгейінің өлшемі болып табылады. Мұнда сұйық тығыздығының әсерін ρ ескеру керек, өйткені ρ=ρgH.

Электрлік деңгей өлшеуіш. Мұнда деңгейді өлшеу датчиктің сезімтал элементінің көмегімен электр сигналына түрлендіреді, ол қандай да бір электр өлшеу аспабымен өлшенеді. Мұнда ортаның электрлік қасиеттері қолданылады: электрөткізгіштік, диэлектрлік өтімсділік және т.б.

Акустикалық (ультрадыбысты) деңгей өлшеуіш. Бұл аспаптар дыбыстық тербеліс қасиетіне негізделген, ортаның бөлігінің шегінің түрлі акустикалық кедергісіне байланысты. Ультрадыбысты деңгей өлшеуіштің ерекшелігіне олардың өлшенетін ортаның қасиетінің өзгерісіне сезімталдылығының жоқтығын жатқызуға болады, мысалы, үлкен температуралық диапазон, жоғарғы сенімділік

Радиоизотопты деңгей өлшеуіш. Бұл аспаптарда сәулелену қабылдағышына (детекторға) берілетін иондалатын сәуленің ағынының қарқындылығына байланысты, өлшенетін ортаның деңгейіне байланысты.

Деңгей өлшеу үшін арналған құрал және әдістер

Жоспары:

2.Деңгей өлшейтін гидростатикалық құрал;

3.Деңгей өлшейтін электірлік құрал;

4.Радиациялық, радиотолқындар және акустикалық деңгей өлшегіштер.

Деңгей деп жұмыс ортадағы технологиялық ақпараттың толтыру биіктігі -сұйықпен немесе сепккіш заттармен. Жұмыс ортасындағы деңгей технологиялық параметр болып табылады, ақпарат технологиялық аппараттың жұмыс тәртібін бақылау үшін арналған, ал өндіріс процестерді басқару үшін арналған әртүрлі жағдайда қажетті.

Деңгей өлшегіш құралдарға бөлінеді: үзілмейтін өлшенген деңгей немесе көрсеткіш және индикаторларға немесе сигнализаторлық деңгей. Көршеткіштер технологиялық сыйымдылықтардағы деңгейдің өзгеруі үзілмейтін оперативті бақылау үшін арналған. Сигнализатор деңгейі - тіркелген қалыпта бірнеше немесе бір  дикретті өлшену үшін қызмет етеді, сезімтал элементтерді орналастыратын жерін анықтаумен. Көрсеткіш және сигнализатор деңгейі автоматтандырылған жүргізуші және басқарушы системалардың датчигі ретінде технологиялық процестерде кеңінен қолданылады. Өлшеуіш және сигнализация құралдары жұмыс істеу принціпі бойынша келесі заңды топтарға бөлінеді: (қалқымалы, мембраналы, түйіспелі - механикалық) гидростатикалық, электірлік радиоизотоптық, акустиалық, салмақтық.

Өлшем диогональдары бойынша өлшемі 0-20м, -0-±100мм немесе 0-±450мм механикалық деңгей өлшеуіштерімен сигнализатор өздерінің қарпайымдылығы мен сенімділігі, арзандығы үшін өндірісте кеңінен қолданылады.

Механикалық құралдар тобына жататындар өлшеуші заттың дейңгейіне механикалық әсер ету арқылы өлшенетін құралдар жатады. Бұл топқа қалқымалы, мембраналы айнымалы деңгей өлшегіштер  жатады.

Қалқымалы деңгей өлшеуіштер. Бұл құралдардың жұмыс істеу приціпі қалқымаға әсер ететін итеруші күштің әсерін пайдалану. Бұл деңгей өлшеуіштерге (РМ-51, УДУ-10, ДУЖЭ-200М, УБ-П) жатады. Бұл құралдардың сезімтал элементі бой сұйыққа салынған қалқымалы қызмет етеді. Қалқыма деңгейінің өзгеруіне байланысты орын ауыстыруы, бергіш жүйе арқылы өзгерткіш элемент арқылы өлшеуіш құралға өтеді. Қалқыма қолғасының өлшеу құралына өзгеріп жетуі унифицирленген өзгерткіштердің көмегімен «қысым-күш», «күш-тоқ» деп өзгереді. Қалқымалы өлшеуіштер 40-тан+400^оС және қысым 16МПа болғанда пайдаланылады, нақтылығы 1,0 және 1,5.

Мембраналық сигнализаторлар резиналанған матадан жасалған иілгіш мембранадан тұрады. Мембрананың ортасында қатты металдан жасалған диск орналасқан.Матаға түскен қысым күші мембранаға түсіп оны қозғалтады.Бұл қозғалыс арқылы электро контакторларын іске қосады.

Түйіспелі - механикалық деңгей өлшеуіштер. Себілмелі заттардың деңгейін өлшеуге арналады, өзгеру диапазоны 10шақты метрдей, бірнеше ондыққа дейін. Лоттық құрылғыларда деңгей үздіксіз немесе периотты түрде жүктін әсерімен бақыланады. деңгей өлшеуіштер негізгі тетігі болып электромеханикалық лебедка электротормызды қызмет етеді.

Лебетканың цилиндр оралмалы барабанына жүк ілінген трос оралады. Механикалық редуктор арқылы валдың барабанына сельсин - датчик қосылады, ол сельсин қабылдағышқа тоқпен қосылады. Жүк ілінген трос бағыттағыш роликтерден, ролик-реледен өтеді. Ролик-реле құралдың сезімтал элементті болып есептеледі. Басқару кнопкалары орнатылған блокта релелік схема, уақыт релесі, сигналды арматура тұратын блок арқылы іске асады. Өлшеу басталған жүк жоғары бекітілген жағдайда бункерде тұрады.Керек кезінде «пуск» деген кнопканы басу арқылы бүкіл өлшеу цикілі автоматты түрде іске асады.

Өлшенген кезде либетка іске қосылып жүк өлшенбекші материалға түседі. Тростық тартылуы азаюы релені іске қосады, осы кезде электр двигательдің тізбегі электр двигательді тоқтан айырады, лебетка тоқтайды.

Бірнеше секунттан соң бақылаушы құралдардың шкаласынан деңгейді көрсетеді, лебетка жүкті жоғары көтереді. Бастапқы нүктеге жеткенде лебетка тоқтайды. Қайтадан өлшеу цикілі басталады.

Гидростатикалық әртүрлі сұықтардың,әсіресе тез кристаллданатын ,ашулы сұйықтарды өлшеуде ең жоғары орында тұрады.

Қысым деңгей өлшеуіштер. Гидростатикалық қысымды шкаласы градустарға бөлінген монометрмен өлшеу сызбасы арқылы іске асады. Ашық резервуардағы атмосфералық қысымда тұрған деңгейді өлшеу  сызба бойынша орындалады.

Пьезометриялық деңгей өлшеуіші деп гидростатикалық қысымды трубкаға толтырылған, белгілі бір тереңдікте сұйыққа маланған (резерьвуарда толтырылған сұйыққа) газдың қысымын өлшеуді айтамыз. Бұл өлшеуіштер деңгейді өте көп диапазонында пайдалануға мүмкіндік бар; бірнеше сантиметрден 10-15м –ге дейін.

Дифманометрлік унифициралық шығу сигналының көрсетілген қателігі (±1,0-1,5 %). Сезімтал элементтің электірлік құралдардың өлшеу деңгейі сыйымдылықты және кондуктометрлікке бөлінеді.

Сыйымдылық деңгей өлшегіш. Бұндай деңгейөлшегіш бірінші текті сезімтал элементтін электірлік сыйымдылыққа тәуелділігі сұйық деңгейден өлшегіштен жаңарады.

Сезімтал элементтін сыйымдылық құрылымы коаксильді электроттардың орналасуы сұйықтың физика-химиялық қасиетінен анықталады. Электроөткізгіштік емес (диэлектриктік) сұйықтар үшін сезімтал элементермен деңгей өлшегіш қолданылады.

Деңгей өлшегіш сыйымдылықтары 0-0,4 тен 0-20 м-ге дейін өлшенеді, оның жұмыс қысымы 2,5 – 10 МПа, температурасы -60-тан +100⁰С-ға дейін немесе 100 – 250 ⁰С дейін, нақтылығы 0,1;1,0; 2,5. Сезімтал элементер базада қарастырылған сұйықтар деңгей бөлімі жарылғыш қауіпсіз сигнализаторлар өнделген «мұнай өнімдер - су» және басқада сұйықтар диэлектрлік өткіздгіштігіне әртүрлі шешімдеріне байланысты.

Сусымалы орталардың сыйымдылық деңгей өлшегіші өңделген. Жоғарғы шегі өлшенген деңгей өлшегіштің 4-20м, нақтылығы 2,5.

Кондуктометрлік сигнализатор деңгейі. Бұндай деңгей өлшегіш сұйық ортаның электрөткізгіш сигнализациялық деңгейі және бытыраңқы материалдар үшін арналған.

Радиоизотоптық деңгей өлшегіш. Басқа түрлі құралдар мен салыстырғанда көбінесе қолайлы болып табылады. Олар дискреттік және бірқалыпсыз деңгей қамтамасыз етеді. Ашық және жабық сыйымдылықтарда қолдана береді. Бытыраңқы немесе әртүрлі сұйық орталарды сыйымдылықтарда әсерлеуші емес, керісінше ашу бақылауларды және қоршаған ортада сезімтал емес нақтылық және туралық олардың көрсеткіштілерінде олардың жағдайларын өзгеруіне байланысты емес (температура, ылғалдылық, электроөткізгіш, тығыздық, қысым және басқа физикалық қасиеттер). Радиоизотопты деңгей өлшегіштің жұмысының негізіне радиоактивті шағылуды тіркелген принципі қойылған, екі ортадан өтетін әртүрлі жұту қасиеттерімен және интенсивтарын өзгертетін осы орталарын шекараларының ауысуы арқылы шағылу көзі ретінде γ- шағылу, кобальт – 60, цезии-137, селен – 75 және т.б. қолданылады. Қабылдаушы ретінде санаушы γ- шағылу, сцинцилляциондық санауыш, немесе жартылай өткізгіш детекторлар.

Радиоизотоптық индикатор деңгейі шығарылады шағылу көзі арасынан арақашықтығы, және 6 метрге дейінгі детоктер арқылы ±20мм, шамасында сигнализация нақтылығы мен қамтамасыз етіледі.

Радиоизотоптың джеңгей өлшегіш, сұйық және бытыраңқы материалдарды бірқалыпты өлшеу үшін арналған өзімен келесі жүйені таныстырады, сондағы көздің және қабылдаушының деңгейін өзгеруінің артынан ауысады. Құралдар, бұндай сызбада жұмыс істейтін, 0,2 м ден 0-10 м – ге дейінгі диапазонда өлшенетін деңгейге арналған, сонда да негізгі қателік ±0,5-1,0 % жоғарламау керек.

Радиотолқындық деңгей өлшегіш. Радиотолқындық деңгей өлшегіш екі тобы бар. Бірінші тобтың жұмыс істеу құлаған толқын және толқын арасындағы уақытына жылжудың өлшену принципінде негізделген, «ауа - орта» деген екі ортаның шекарасынан көрсетілген, басқасы өзінің қозғалу толқыны толық резонанысына байланысты, мөлшер және өзін толтыратын сұйықтың қасиетінен. Екінші топтың радиотолқындық деңгей өлшегіш, радионтерференционал деп аталады, өте жоғарғы толқынның радиосигнал фазасының өзгеруіне негізделген, өлшенетің жазықтықта көрсетілген. Өлшейтін құрал. Радиотолқындық бақылау деңгейөлшегіштер (Мысалы РСУ-60) шығарады, өте ашу ортада және 8м-ден бастап температурасы 100^оС жоғары өлшенген деңгейді қамтамасыз ететін жұмыстар үшін арналған,негізгі жіберілген қателік ±2,5 %.

Акустикалық, осымен қатар ультра дыбыс деңгей өлшегіш қазіргі уақытта анықталған жоғарғы тұралық үшін алады, басқа өндірілетін құралдарға жетпейтін.Ультра дыбыстың деңгей өлшегіш жұмысының негізгі ультра дыбыстың импулстік өлшенген уақытында өтізіледі, түбінен ыдыстың деңгейі жоғарғы жағы және керісінше. Ультра дыбыстың деңгей өлшегіш 0-1;0-2;0-3м өлшенген деңгей диапозонынан тұрады, бақылаудағы температурасы 10-50^оС техникалық аппаратта 4МПа –дейін қысым, нақтылығы 2,5.

Акустикалық деңгейөлшегіш бытыранқы ортасы  жұмыс істеу принціпі бойынша және құрылғыға сұйық орталық акустикалық деңгейөлшегіш сәйкес. Акустикалық деңгей өлшегіш бытыранқы ортаға ГСП  номенклатура құрылғысына кіреді және унифициралық тоқ сигналы болады.

Олар бірнүктелі және көп нүктелі болуы мүмкін (30-ға дейін). Деңгей өлшегіште қауіпті жарылғыштар шығарылады, ең кіші диапозон 0-2,5м, ең үлкен 0-30м, бақыланған орта түйіршік диаметрі 2-200мм, нақтылық 1,0-1,5.

  

Ұсынылған әдебиеттер:

1. Фарзане Н.Г. Технологические измерения и приборы:Вузға арналған кітаптар/ Л.В. Илясов, А.Ю.Азим-заде.-М.: Жоғарғы мектеп,1989.-456

2. Котов К.И Средства измерения, контроля и автоматизации технологических процессов. Вычислительная и микропроцессорная техника/М.А. Шершевер.-М:: Металлкргия, 1989.-496 б.

3. Гольцман В.А. Приборы контроля и автоматики тепловых процессов.-М.: Жоғарғы мектеп, 1980-240б.